氧碘激光器化学式碘发生装置的实验研究

针对采用化学式碘发生器的氧碘激光器稳定出光时间较短的情况,通过热力学和化学动力学方面的实验和分析进行了化学式碘发生装置供碘稳定性的研究。分析了物料转化率和反应速率随反应初始温度及反应时间的变化,得到了固相产物的灰层扩散是该反应控制步骤的结论,明确了实验中CuI要大大过量,用氯气量控制碘量的原则,同时确定了适宜的起始反应温度。优化后,在近15s时间内碘流量变化小于15%,显示出了较好的供碘稳定性,此时CuI的转化率为23%。

化学氧碘激光器内流场亚跨超音速混合的大涡模拟研究

利用大涡模拟对化学氧碘激光器内的亚跨超音速混合过程进行模拟分析,其结果表明了大涡模拟对这种低压、低密度、亚跨超音速及夹杂多种介质的化学流场的可执行性。与传统的雷诺平均仿真结果相比较,大涡模拟能掌握更多的流场细节数据,能够对混合过程进行精准地判断和分析。在此基础上,提出了碘流反向45°入流的设计方案以增强混合程度,计算表明采用此种方案在相应出光面上平均小信号增益系数提高了5%。

多波长拉曼激光对CCD损伤实验研究

本文开展了多波长纳秒脉冲拉曼激光对行间转移CCD相机的损伤实验。分别研究了496 nm、574 nm、630 nm单波长拉曼激光与混合输出的多波长拉曼激光对CCD的点损伤、线损伤和面损伤情况,测量了不同波长拉曼激光的损伤阈值区间,并根据损伤情况统计拟合,获得了不同波长拉曼激光能量与损伤概率的关系曲线。实验结果表明:混合波长拉曼激光对CCD的损伤阈值低于单波长拉曼激光的损伤阈值,不同波长拉曼激光对于CCD的损伤阈值也存在区别,其中630 nm拉曼激光的损伤阈值低于496 nm激光,574 nm激光的损伤阈值介于496 nm和630 nm拉曼激光之间。在此基础上,通过分析CCD不同损伤情况的显微图像,以及受损伤CCD的电子学特性,对拉曼激光损伤CCD的机理进行了探讨。

基于TDLAS测量HBr化学激光器气体温度

利用可调谐二极管激光吸收光谱技术(TDLAS),基于吸收光谱的多普勒展宽原理,对D2/NF3燃烧驱动的HBr化学激光器,进行了光腔和扩压段的气体温度测量实验研究。为了有效地测量TDLAS吸收光谱,选用了主气流中吸收系数较大的HF分子(2-0)振动谱带的R2谱线作为研究对象。实验中利用一台中心波长1 273 nm的分布反馈式(DFB)二极管激光器,搭建了一套基于直接吸收法TDLAS的HBr化学激光器气体温度测量系统。通过对HF分子的吸收谱线进行Voigt线型拟合,获得了多普勒展宽宽度,从而给出了光腔和扩压段气体温度。在进行时域频域变换时,使用了一台自由光谱范围(FSR)为1.5 GHz的F-P标准具用于频率校准。实验测量结果表明,光腔温度约为280 K,扩压段温度约为400 K。实验过程中的碰撞展宽和多普勒展宽的比值小于0.1,表明多普勒展宽为主,能够方便地用HF吸收光谱的展宽来监测光腔和扩压段的气体温度。

用于化学激光器的腔增强吸收光谱测量

燃烧驱动氟化氢化学激光体系中有一些关键基态物种(如DF等)可用于表征燃烧室工作状态,为了控制HF振动激发态的弛豫过程还需要加入少量的碰撞伴侣物种(如SF6、NH3、H2O等),另一些关键物种(如NF(a)等)则可能会与HF振动激发态发生传能过程,然而不幸的是这些物种的吸收较小。为了利用吸收光谱对这些弱吸收的关键基态物种进行研究,建立了基于离轴式布局的腔增强吸收光谱装置,该装置由光源部分、谐振腔部分和光电接收部分组成,其中谐振腔部分处于真空仓内。为了验证该装置的性能,测量了痕量氨气和水汽的吸收光谱。实验结果表明:该装置的等噪声吸收系数达到了1.6×10-8cm-1,表明该装置可以用于氟化氢化学激光器中关键痕量物种的测量诊断工作。

纳秒脉冲激光抽运下的铯蒸气电离度研究

为了研究碱金属蒸气电离对半导体抽运碱金属激光器(DPAL)定标放大的影响,采用适宜于短脉冲激光抽运源的光电流法来测量碱金属蒸气电离度,并开展了铯蒸气电离度同激光抽运功率密度、碱金属池温度、抽运激光器重复频率之间关系的实验研究。结果表明,在不考虑热效应的情况下,即使抽运激光的功率密度高达3×10^(8)W/cm^(2)、碱金属池温度150℃、氦气缓冲气压力9.33×10^(4)Pa条件下,铯蒸气的电离度也仅仅达到1%左右;在碱金属池温度从122℃升高至163℃的过程中,相对于铯蒸气粒子数密度的显著增大,铯蒸气电离度的变化非常小。该研究结果对于铯DPAL通过增加抽运激光功率密度和提高碱金属池温度进行定标放大具有非常积极的意义。

基于OpenCV的双波长光纤导引光在高精度装调上的应用

为了保证双波长光纤导引光在高精度装调设备中的成功应用,设计了一种基于OpenCV(Open Source Computer Vision Library)的图像处理算法。采用主动调整曝光模式对CCD(Charge-coupled Device)相机进行主动调焦,利用OpenCV分析典型图像处理算法,调整算法参数,通过最小二乘法拟合图像,绘制中心坐标,最终实现输出理想的图像。经检测分析,图像校准的精度平均值为4.54μrad。该算法能够捕捉、识别并实时跟踪目标,将计算机识别的中心坐标打印到输出的图像上,提高了双波长光纤导引光对装调设备的装调精度。

单重态氧发生器分离性能数值模拟

为了解决单重态氧发生器气液分离效率不高的问题,设计了一种使用螺旋式叶片对雾化液滴高速离心的发生器.基于计算流体力学方法对反应区域分离性能进行数值模拟,使用Creo对发生器和流场进行三维建模,并在Fluent软件中使用多重参考系(MRF)模型和离散相模型(DPM)相结合的方法对模型进行数值模拟,在不同结构参数、操作参数以及物性参数下进行系统性仿真,得到不同参数下连续相的流场分布及离散相的运动颗粒特性曲线.研究表明该发生器在2000 r/min的转速下能够对20μm及以上粒径的液滴有90%以上的分离效率.

气液喷射反应器内液滴粒径分布PLIF研究

气液喷射反应器是一种高强度反应器,反应器内部液滴粒径大小和分布对反应收率和选择性具有决定性影响。本文建立了气液喷射反应器内液滴粒径分布测量实验装置,并利用面激光诱导荧光(PLIF)技术对气液喷射反应器内液滴粒径分布进行了研究,得到不同气液流率情况下的液滴粒径的分布规律,结果显示:液相流率不变时,随气相流率的增大,反应器内液滴平均粒径逐渐减小,分布范围变小;气相流率不变时,随液相流率的增大,液滴平均粒径逐渐减小,粒径分布趋于集中。

单驱动变曲率单晶硅反射镜的研究

为了解决高能激光器输出光束的光束质量随时间蜕变的问题,提出了一种主动光学元件的结构,只使用一个驱动器使反射镜的曲率产生可控制的改变,用以补偿高能激光器中增益介质或光学元件因热效应而产生的球差。通过理论模拟计算和实验研究对比验证,这种结构能够使单晶硅基底的反射镜产生微小变形,通过精确控制驱动器,可以使反射镜产生所需要的曲率变化。结果表明,这种主动光学元件可以用于谐振腔内补偿高能激光器中热效应产生的球差项的影响。

钠与惰性气体及烷烃准分子对吸收系数的实验与理论评价(英文)

准分子泵浦钠金属激光器(XPNa L)在钠导星中有着极为重要的应用。但是,传统的准分子对,例如Na-He和Na-Ar等对相对于泵浦源的吸收系数很小。本文对Na-Ar、Na-Xe、Na-CH_4、Na-C_2H_6四个体系进行了研究,从荧光实验和结合能的高精度量化理论计算两方面来探究比较好的准分子对。实验结果表明:这四个准分子对体系的荧光强度曲线峰面积比为1.0:6.4:4.9:10.4。同时,通过CCSD(T)手段和基组外推法对Na-Ar、Na-Xe、Na-CH_4和Na-C_2H_6准分子对的结合能计算结果分别为52.8、124.5、117.7和150.0cm^(-1)。因此,可以推断量化计算与实验结果能够较好地符合。随后,Na-C_2H_6准分子对从实验和理论两方面被发现是效率最高的体系,更有希望被发展成为高能准分子宽带泵浦钠金属激光器。本工作还证明了采用大基组对结合能的高精度量化计算,对用于准分子宽带泵浦碱金属激光器的准分子对筛选是很好的评判标准。

射流式氧发生器的三维模拟研究

实现了对射流式氧发生器的三维仿真模拟,给出了氧发生器内部流场结构、各组分的分布状态等信息。研究了射流孔结构对氧发生器性能的影响。指出即便是具有相同比表面积的不同射流孔排布方式,也会对发生器性能产生影响。此外,逆向射流式氧发生器反应器中气体从双侧进入对于减小发生器对气体的阻力具有重要作用。

中红外激光在光电对抗领域的应用及进展

近年来,为有效对抗先进的红外制导武器的威胁,先进的红外对抗手段和方式不断推陈出新。其中,利用中红外激光辐射致盲、致炫和毁伤的手段可以有效地对抗红外制导武器的威胁。为此,重点介绍了中红外激光在光电对抗领域的应用;然后,对中红外激光光源和分类及其原理进行了阐述,并介绍了美国和俄罗斯在中红外光电对抗系统领域的发展现状;最后,对中红外(3~5μm)光电对抗技术的应用发展和未来的趋势进行了总结,并对化学、气体和固体中红外激光光源的应用进行了展望。

连续波HF激光泵浦Fe^(2+):ZnSe激光器的可行性

针对目前Fe^(2+):ZnSe激光器缺乏有效的高功率泵浦源这一关键瓶颈,提出了采用连续波HF化学激光器泵浦Fe^(2+):ZnSe来实现4μm波段激光输出的技术路线,结合实验和理论手段考察了此技术路线的可行性。首次获得了由连续波HF化学激光泵浦的Fe^(2+):ZnSe激光器的W级激光输出,输出功率约为1.7 W,谱线峰值波长为4.18μm,出光时间约2 s。

化学氧碘激光器内流场结构对出光性能影响的数值分析

利用超音速喷管实现化学氧碘激光器(COIL)内流场的加速降温,进而使增益有量级上的提升是激光器研究中的重大进展。但超音速内流场中存在着复杂的三维结构,流场结构与光束质量的关联机制是设计相关气动部件的重要判据。为此,采用了包含流场-化学场、光场和热结构计算模块的全耦合仿真平台,数值解析了在不同流场条件下的出光性能,重点分析了内流场中不同方向上激波对近场输出光斑的影响及相互关系,从而确定了相关气动部件的优化设计方式。改善后的光束近场均匀性(F因子)提高了45%。

基于NCl_3/I_2体系的化学发生碘原子源数值模拟研究

提出了以NCl3分解燃烧产生Cl原子随后与含碘化合物发生作用获得碘原子的技术方法。建立了NCl3/I2燃烧体系的化学反应动力学模型,利用开发的Matlab程序进行了一维数值模拟计算。计算结果表明,I2与NCl3的流量配比对碘原子粒子数密度和产率的影响较大,且存在一个最佳范围,该最佳范围随着总压力的增大而逐渐变小。最优化的碘原子产率随着压力的增大一直在减小,说明较高的压力会损害碘原子的产生效率,因而该方法比较适合直接加入到主气流中进行反应以产生碘原子。当初始压力P0=666.61 Pa时I2与NCl3的初始配比的最佳值为0.62,此时碘原子相对于NCl3的产率为117%,相对于I2的产率为189%。计算结果说明基于NCl3/I2体系发生碘原子是一种比较有效的产生碘原子的途径。

高效稳定卤化物钙钛矿太阳能电池的进展与挑战(特邀)

近年来,有机-无机卤化物钙钛矿太阳能电池因其制作工艺简单、成本低、效率高等优点备受关注。问世至今短短十余年间,其光电转化效率已飙升至26%,目前在单异质结光伏电池中排名第三,并且未来仍具有很大的发展潜力。本文依次介绍了杂化钙钛矿材料的结构与性质,以及钙钛矿太阳能电池常见的器件结构演化过程,重点总结了近几年来在利用缺陷钝化策略提高光电转化效率方面取得的最新研究成果,最后阐述了钙钛矿太阳能电池面临的挑战并对其未来商业化前景进行了展望。

燃烧驱动溴化氢化学激光器的数值模拟

采用敏感性分析方法研究了溴化氢(HBr)化学激光器的反应机理,分析了主导反应和关键参数之间的关系。分析了温度、压力及关键中间物的敏感性系数,确定了温度对HBr不同振动态布居的有效性调控。利用计算流体力学(CFD)研究了HBr化学激光增益发生器,给出了流场内部的温度、浓度分布。结果表明:当HBr化学激光器的内部初始反应温度在500 K左右时,能获得高振动态的输出。

放电激励产生单重态氧的实验研究

对射频放电产生单重态氧进行了实验研究,在不同掺杂物种、不同电极间距、不同稀释配比的情况下,研究了单重态氧相对产率的变化规律,分析了单位氧流量注入能量对单重态氧产率和电效率的影响。实验表明,NO和Hg蒸气的加入,使放电产生单重态氧的相对产率都有显著的提高。随着电极间距的缩小,可以实现高气压工作,放电总压可以达到22.6 kPa,氧气分压超过了4.0 kPa,产率方面也有大幅度提高。单位氧流量注入能量在150~400 J/mmol时,单重态氧产率比较高;电效率较高的区域对应的单位氧流量注入能量在150 J/mmol左右。

钠乙烷准分子产生钠D_2线荧光寿命的实验研究

准分子宽带抽运钠金属激光器具有实现钠信标光源的潜质,该激光器在运转过程中需要借助准分子将钠原子由基态转换为激发态,因此有必要对由准分子解离产生的钠原子激发态荧光寿命开展实验研究。采用不同波长的蓝翼抽运光对不同温度的钠乙烷准分子体系进行激发,分别测量钠D_1线和钠D_2线的荧光寿命。结果表明,3~2P_(3/2)与3~2P_(1/2)能级的荧光寿命明显长于其自然寿命,且激发波长越长,荧光寿命延长得越明显。辐射捕获效应是导致荧光寿命延长的另一个因素。随着泵浦单光子能量下降,钠乙烷准分子被激发到A^2Π_(3/2)态的概率变大,能够长时间产生激发态钠原子,这也会使荧光寿命延长。与钠D_1线相比,钠乙烷准分子体系钠D_2线的放大自发辐射信号的可放大性更好。更好的可放大性以及较长的荧光寿命使得钠D_2线激光更易于实现。